Инженеры из Лондонского университета королевы Марии создали тактильный датчик, меняющий цвет. Он позволяет роботам одновременно «видеть» и осязать в реальном времени.
Идею придумал Джакомо Сассо, постдокторант Школы инженерии и материаловедения того же университета. Принцип работы прост: невидимые силы превращаются в динамичные цветовые узоры. Так мгновенно возникают карты контакта, деформации и давления с высоким разрешением.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Как работает новый сенсор
Когда на мягкую сенсорную поверхность оказывают давление, материал создаёт пространственно меняющиеся структурные цвета. Обычная камера фиксирует их сразу — никаких сложных алгоритмов реконструкции не нужно.
Робот касается монеты, ощущая мельчайшие детали её рельефа. Источник: Лондонский университет королевы Марии
От заводских цехов до операционных
Технология позволяет создать роботизированный захват для сборки микроскопических деталей с той деликатностью, что требуется в точном производстве. Любое малейшее изменение усилия становится видимым в реальном времени.
А ещё это может пригодиться в медицине: внешний протез (искусственная конечность) получит более тонкое чувство осязания при повседневных или клинических задачах. Кроме того, хирургические системы смогут отличать здоровые ткани от аномальных, считывая тонкие сигналы давления прямо через цветовую реакцию материала.
Чувствительность, встроенная в материал
В отличие от традиционных тактильных датчиков, новая система встраивает сенсорику прямо в сам материал. Механические взаимодействия превращаются в цветовые поля, которые дешёвая USB-камера считывает в реальном времени. Работа уже дала результаты — это первое в своём роде решение, работающее без задержек.
«Вы даже не представляете, сколько информации возникает, когда ваш палец нажимает на выключатель. В человеческой руке больше десяти тысяч механорецепторов, которые справляются с этой задачей. И всё же осязание остаётся одной из главных проблем робототехники», — говорит Сассо.
«Мы были рады запечатлеть отпечатки пальцев — ни одна существующая технология не воспроизводит такую плотность сенсоров при сопоставимой простоте. Ключевая идея проекта — мыслить нестандартно: вместо того чтобы встраивать плотные и перегруженные массивы датчиков, мы перенесли сенсорику в сам материал. Механические сигналы напрямую превращаются в цветовые поля, которые снимает простая дешёвая USB-камера». Так получаются богатые карты давления, а архитектура системы упрощается.
Соавторы проекта из Флорентийского университета, Триестского университета и Трентского университета (Италия) согласны: «Особенно мощно то, что информация уже заложена в световом сигнале. Вы больше не реконструируете осязание — вы наблюдаете его напрямую», — говорит профессор Джеймс Басфилд.
Решение давнего компромисса
Идея родилась из необходимости преодолеть постоянный компромисс в зрительном тактильном восприятии. Системы с высоким разрешением обычно требуют тяжёлых вычислительных конвейеров для реконструкции геометрии контакта — это вносит задержку. А более быстрые системы часто жертвуют пространственной детализацией.
Сотрудничество профессора Федерико Карпи из Флорентийского университета и Басфилда объединило миры мягкой робототехники и материаловедения. Опираясь на многолетнюю работу над растяжимыми датчиками и характеризацией полимеров, команда постепенно продвинулась в умении связывать механическую податливость с функциональной сенсорикой.
В этой парадигме механохромные материалы открывают новое направление. Вместо того чтобы полагаться на сложную микроэлектронику для интерпретации деформации (таксилей), сам материал становится сенсорной средой, напрямую кодируя механическое взаимодействие в видимые оптические сигналы.
Смотрите также в каталоге ROBOWIN
Под заказ 25–55 дней, со склада по России 1–3 дня. Частному лицу карта и чек, компании счёт.